题目内容
(2011·南通模拟)(18分)如图所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图.在xOy平面的第一象限,存在以x轴、y轴及双曲线y=
的一段(0≤x≤ L, 0≤y≤ L)为边界的匀强电场区域Ⅰ;在第二象限存在以x=-L、x=-2L、y=0、y=L的匀强电场区域Ⅱ.两个电场大小均为E,不计电子所受重力,电子的电荷量为e,求:
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(1)从电场区域Ⅰ的边界B点处由静止释放电子,电子离开MNPQ时的坐标;
(2)由电场区域Ⅰ的AB曲线边界由静止释放电子离开MNPQ的最小动能;
(1) (-2L,0) (2) ![]()
【解析】
(1)设电子的质量为m,电子在电场Ⅰ中做匀
加速直线运动,出区域Ⅰ时的速度为v0,接着在无电场区域
匀速运动,此后进入电场Ⅱ,在电场Ⅱ中做类平抛运动,假
设电子从NP边射出,出射点纵坐标为y1,
由y=
对于B点y=L,则x=
(2分)
所以eE·
=
(2分)
解得v0=
(1分)
设在电场Ⅱ中运动的时间为t1
L-y1=
(1分)
解得y1=0,所以原假设成立,即电子离开MNPQ区域的位置坐标为(-2L,0) (2分)
(2)设释放点在电场区域Ⅰ中的坐标为(x,y),在电场Ⅰ中电子被加速,速度为v1时飞离电场Ⅰ,接着在无电场区域做匀速运动,然后进入电场Ⅱ做类平抛运动,并从NP边离开,运动时间为t2,偏转位移为y2.
eEx=
(2分)
y2=
(2分)
解得xy2=
,所以原假设成立,即在电场Ⅰ区域的AB曲线边界由静止释放的所有电子离开MNPQ时都从P点离开的. (2分)
其中只有从B点释放的电子,离开P点时动能最小,则从B到P由动能定理得: eE·(L+
)=Ek-0
(3分)
所以Ek=
(1分)